CN107848861B - 激光辅助地将子部分从扁平的玻璃元件上分离的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将子部分(4)从扁平的玻璃元件(2)中沿预定的分离线(21)分离的方法，所述分离线将玻璃元件(2)分为待分离的子部分(4)和待保留的主要部分(3)，其中，在玻璃元件(2)的体积中产生沿分离线的(21)邻近排列的丝状损伤(20)，和损伤(20)由超短脉冲激光器(10)的激光脉冲(12)产生，其中，玻璃元件(2)的材料对于激光脉冲(12)来说是透明的，和激光脉冲(12)在玻璃元件(2)的体积中产生引起丝状损伤(20)的等离子体，和激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)上的入射点(13)在玻璃元件(2)的表面(22)沿分离线(21)移动，和在导入沿分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)后，玻璃元件(2)在主要部分(3)区域中被加热并且发生膨胀和/或在该子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，使得该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离，其中，该子部分(4)和所述主要部分主部(3)各自作为整体保持完整。

Description

激光辅助地将子部分从扁平的玻璃元件上分离的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及一种激光辅助地将一子部分从扁平的玻璃元件上分离。本发明特别是涉及一种激光辅助地将一子部分从扁平的玻璃元件的内部分离。
背景技术
从WO2012/006736A2中已知，高能激光脉冲可以在玻璃基底上造成不可逆的呈丝的形状的损伤，并且玻璃中的这些损伤的邻近排列实现玻璃的分离。丝由超短激光脉冲构成，其中，在玻璃的内部中由于克尔效应发生自聚焦，直到某一点中的能量密度如此高，使得等离子体被点燃。发生等离子体爆炸，其中，玻璃在等离子体产生位置周围遭受不可逆的损害。其他的辐射从那里开始，所述辐射遭受自聚焦并且所述辐射在另一个等离子体爆炸中结束。这种效应根据强度重复多次。能量在整个玻璃厚度上降低，所以第一等离子体斑点具有最大的能量并且也产生最大的损害。
文献US2014/027951A1涉及一种用于借助于激光辐射分离诸如玻璃，陶瓷或蓝宝石等脆性材料的方法。利用该方法，可分离具有小于500μm厚度的薄基底。
文献US2015/165560A1涉及一种激光方法，所述激光方法可以实现从玻璃基底分离出内部部分。该方法用于在具有0.7毫米厚度的薄玻璃基底上产生孔。
为了分离内轮廓，建议创建附加的分离线，并打破各个子部分。一个替代的实施方式设置为，通过加热来熔化并由此去除内轮廓。
文献US2015/16393A1还涉及一种激光辅助的方法，利用该方法应该辅助将一子部分从玻璃元件上分离。玻璃元件在此具有0.4或0.7mm的厚度。分离可以通过引入弯曲力进行。另一个实施例设置附加的CO2激光器，该CO2激光器构成分离线并产生局部热应力，所述热应力应该导致逐步的分离。
最后，文献EP 2 754 524 A1涉及一种用于在使用激光源的情况下对由玻璃或半导体晶片制成的扁平的基底进行基于激光的处理的方法。材料的沿着分离线的分离或者通过材料的内应力或通过引入的力进行。
DE 10 2012 110 971 A1描述了一种用于对透明工件进行分离准备的方法，在该方法中，横向延伸穿过工件的、邻近排列的丝结构由超短激光脉冲沿分离线产生。由此，材料沿着该分离线被穿孔进而被预损伤。在随后的步骤中实施工件的分离。
如果应该将一定的子部分完全从工件上分离，通常材料会由分离线分成两个完全彼此分开的区域。如果材料沿着这样的分离线被丝化之后，在另一步骤中将合适的张力施加到材料上，材料则可能沿着产生的理论断裂线，即沿着分离线这样被分离，使得由此一方面产生分离的子部分和另一方面剩余的主要部分。通常，分离的子部分也可以被称为内部部分，而剩余的主要部分可以被称为外部部分。
如果分离线是直线的，那么激光处理之后的分离变得简单。如果分离线是弯曲的，具有多个互成角度的区段，或者甚至构成闭合线，那么相反分离是更困难的。此外，当应该制造内轮廓或孔时，也会出现后一种情况。例如，在窗户应被切割成玻璃板时，出现这种情况。当制造玻璃部件，玻璃部件的外轮廓完全由分离线预定时，同样会出现这种情况。
沿着一般弯曲的，区段式地成角度的或者甚至本身闭合的分离线的分离因此是困难的，因为不容易将足够的弯矩施加到分离线处的玻璃上。
然而，在文献EP 2 781 296 A1中可以得出一种从扁平的基底切出内部轮廓的方法。在那里描述的方法中，在沿着轮廓线(轮廓限定步骤)引入开裂线之后，待从基底分离的子部分被高激光功率热变形或熔化(材料变形或材料损害步骤)，使得该子部分能够更容易地从基底分离。为了辅助分离，可以将其他的、例如螺旋形的或V形的开裂线导入待分离的子部分中，以便将其处理成较小的部分。这种方法的缺点是：一方面是耗费高，所述耗费降低了经济效益，并且另一方面毁坏待分离的子部分，所述待分离的子部分因为它的与基底的剩余的主要部分精确的配合形状可能是令人感兴趣的。此外，毁坏该子部分的缺点是：产生的颗粒和碎片以及因此增加的清洁成本。
发明内容
本发明的任务在于能够实现高效和清洁地，尤其是无碎片地沿着非直线的分离线将一子部分从扁平的玻璃元件分离，从而不仅分离的子部分而且玻璃元件的剩余的主要部分不会因此被进一步损伤。
该任务的一个方面是：能够实现沿着闭合圈形式的分离线将内部的子部分这样分离。
该任务的另一方面是：在使不仅在玻璃的分离的子部分中而且在剩余的主要部分中的有害开裂风险最小化的情况下能够实现这样的分离。
该任务已经通过独立权利要求的内容得到实现。在相应的从属权利要求中也得出本发明的有利的构型和拓展方案。
本发明的方法用于沿预定的分离线将一子部分从扁平的玻璃元件上分离，所述分离线将玻璃元件分为待分离的子部分和剩余的主要部分，所述方法基于在玻璃元件的体积中产生沿分离线邻近排列的丝状损伤，和所述损伤由超短脉冲激光器的激光脉冲产生，其中，所述玻璃元件的材料对于激光脉冲来说是透明的，激光脉冲在玻璃元件的体积内产生等离子体，所述等离子体引发丝状损伤，和激光脉冲在玻璃元件上的入射点(Auftreffpunkte)在玻璃元件的表面上沿着分离线移动，和在引入沿着分离线邻近排列的丝状损伤之后，玻璃元件在主要部分的区域中被加热并发生膨胀和/或在子部分的区域中被冷却并发生收缩，使得该子部分沿着分离线在邻近排列的丝状损伤处从主要部分子部分上分离，其中，该子部分和主要部分分别作为整体保持完整。
由于主要部分的膨胀和/或该子部分的收缩，这些部分的尺寸相对彼此不同地改变。在该子部分冷却的情况下，例如发生该子部分相对于主要部分的“收缩”。由于相对的尺寸变化，该子部分从主要部分上分离。
优选设置为，在引入沿着分离线邻近排列的丝状损伤后，激光辐射(优选二氧化碳激光器)在玻璃元件上的入射点在玻璃元件的表面上沿分离线移动，使得沿着分离线将在玻璃中产生局部拉应力，以便在相邻的丝状损伤之间引起开裂。这种方法步骤也称为切割步骤。该切割的方法步骤也可以通过加热后实施的局部冷却来促进，以便增加材料中产生的拉应力。
切割步骤用于预分离。优选用CO2激光器沿分离线对玻璃元件进行照射，以便在分离线处在玻璃元件中产生热机械应力。由此可以沿分离线产生使丝状损伤连接的开裂，以便由此引起沿分离线的至少区段式地分离，但是通常情况下该子部分不会从主要部分上脱离。在这方面，切割步骤优选在主要部分的区域中加热和/或在该子部分的区域中冷却的方法步骤之前进行。
无论是丝状结构本身还是通过切割步骤在材料中引起的附加的裂纹都代表在材料中沿着分离线延伸的预损伤。
根据本发明考虑的是，主要部分和该子部分分别作为整体保持完整。主要部分和该子部分分别作为整体保持完整的优点在于，两个部分可以被继续利用。根据使用分离方法的目的，兴趣点可以侧重于主要部分或该子部分，也可以侧重于两部分。如果兴趣点主要是主要部分，那么保留子部分也是有益的，因为可以产生较少的残留物和碎片，并且该子部分又可以用作原始材料，而不必将其熔化。如果两部分都有兴趣，那么可以产生两部分的精确互补的形状的优点。另外，与待分离的子部分被分成多个更小块的方法相比，该方法的加工复杂性显著降低。
本发明使用的精确分离方法通过超短脉冲激光器的激光脉冲在材料中在最小的空间上产生限定的损害，这种方法基于材料的在用激光相互作用区域中的局部损害，所述局部损害产生紧密的亚微米中空通道，即中空通道的直径小于1微米。
由激光脉冲造成的丝状损伤的长度优选不低于200微米，甚至不低于500微米。因此要选择合适的脉冲能量和脉冲持续时间。丝状损伤的给定的最小尺寸是有利的，因为因此使该子部分的分离变得容易。
对于产生较长的丝状损伤而言，超短脉冲激光器在所谓的连发脉冲模式中的运行是特别有利的。在这种运行模式中，激光脉冲不是作为单脉冲发出，而是作为快速连续发出的脉冲，所述脉冲一起构成脉冲包，即所谓的连发脉冲。相应地在本发明的一个改进方案中，超短脉冲激光器的运行设置成在时间上连续地发出呈连发脉冲或脉冲包形式的激光脉冲的形式，其中，优选这些连发脉冲中的每一个分别产生丝状损伤中的一个。
这样的脉冲包一般具有比通常的单脉冲运行中的单脉冲稍微大的能量。但是连发脉冲的脉冲自身包含显著小于单脉冲的能量。此外典型的是，脉冲的脉冲能量在一个连发脉冲之内会降低。
根据本发明的合适的激光源为具有1064纳米的波长的掺钕钇铝石榴石激光器。激光源尤其是如下重复频率(重复率，Repetitionsrate)工作，所述重复频率在10kHz和120kHz之间，优选在30kHz和110kHz之间，和特别优选在35kHz和105kHz之间。扫描速度优选可以这样选择，使得根据重复频率，相邻丝状损伤的间距在4微米至10微米的范围内。
在此，激光脉冲的合适的脉冲持续时间在小于100皮秒，优选小于10皮秒的范围内。脉冲持续时间也可以小于1皮秒。激光源的典型的功率特别有利地在40至100瓦的范围内。为了实现丝状损伤，根据本发明的一个有利的改进方案，使用连发脉冲中的超过200微焦耳的脉冲能量，此外，有利地使用超过500微焦耳的总连发脉冲能量。
在超短脉冲激光器在连发脉冲模式下运行的情况下，重复频率是发出连发脉冲的重复率。脉冲持续时间基本上与激光器是否在单脉冲运行中还是连发脉冲模式中运行无关。连发脉冲内的脉冲通常具有与单脉冲运行中的脉冲相似的脉冲长度。
在适用于本发明的微穿孔中，除了微量的材料之外，没有再从分离线磨损下任何材料。在引入丝状损伤之后，两个待分离的部分基本上仍然是彼此连接的。
在根据本发明的微穿孔实施之后，沿着分离线在材料中出现理论断裂线，虽然沿着所述理论断裂线材料尚未分离，但是如果在材料中产生适当的应力，则可以很好地被分离。为此，切割步骤是特别适合的。
原则上，扁平的玻璃基底中的应力例如也可以简单地通过如下方式产生：将基底弯曲。弯曲时，其体积的一半中的材料被伸展，由此在该一半中产生拉应力，而同时在体积另一半中的材料被压缩，由此在那里产生压应力。在此，两个上述的体积半部由一平面相对于彼此划界，所述平面位于基底的两个表面中间并且也被称为中性区域，因为其既不遭受拉应力也不遭受压应力。如果理论断裂线尽可能是直线，玻璃基底的弯曲适用于沿理论断裂线分离。
相反，玻璃元件在主要部分的区域中的根据本发明的加热和/或在该子部分的区域中的冷却，使得可以在元件中产生拉应力，所述拉应力基本上存在于元件的整个厚度上。也就是说，可以产生拉应力，而同时不产生压应力。
根据本发明的第一选项为：通过仅仅在主要部分区域中加热元件而使主要部分膨胀，而在该子部分的区域中的元件没有被加热。由此，元件在主要部分的区域中比在该子部分的区域中更强地膨胀。由此，可以在玻璃元件内产生拉应力，通过所述拉应力，该子部分沿着分离线与主要部分分离。此外，该子部分从主要部分脱离。如果内部的子部分应该从元件分离，则可以加热基底，而内部几何形状不被加热。内部几何形状可以在达到一定的温度时被移除。
实现玻璃元件的除了内部几何形状的加热的一个例子是，借助加热板加热，所述加热板在内部几何形状处留空。但是此外，也可以考虑许多其它的可能性，仅仅在主要部分的区域中对玻璃元件进行加热，例如可以通过光作用来加热，而该子部分被遮盖。主要部分也可以被用热流体吹或被喷射，或者借助于被引导到主要部分上的CO2激光器来加热。
根据本发明的第二种可能性是：通过加热主要部分的区域中的元件使主要部分膨胀，通过该子部分的区域中的冷却使元件收缩。通过这种方式，还可以提高材料中的拉应力。
在位于内部的子部分的情况下的例子是：借助加热板实现对玻璃元件的加热，其中，内部几何形状被留空，并且通过该留空部，元件被吹送空气，从而元件附加地在内部几何形状的区域中被冷却。也可行的是，该元件在内部几何形状的区域中由除了空气的其他流体冷却，或者使用冷却板。
元件在主要部分的区域中的加热以及在该子部分的区域中的冷却可以、但不是必须同时进行。例如玻璃元件也可以整体地被加热(由此所以也在主要部分的区域之中被加热)，然后在该子部分的区域中被冷却。也可以考虑相反的过程，先将元件整体冷却，然后在主要部分的区域中加热。
根据本发明的第三种可能性是：通过仅仅在该子部分的区域中冷却该元件使该子部分收缩，而该元件在主要部分的区域中不被冷却。
根据本发明，该子部分在任何情况下在该子部分内部没有附加的其他辅助切割地与主要部分分离。避免附加的辅助切割的优点在于，玻璃元件中的由于加热和/或冷却而产生的拉应力没有分配到这样附加的辅助切割上，而是其全部的作用在期望的分离线上展开。这样根据本发明，除了由沿分离线引入的丝引起的损伤，该子部分和主要部分都不会被损伤。分离后，主要部分和该子部分仅仅在它们的切割边缘处有引入的损伤。
通过使用的精密分离方法借助微穿孔，在此在切割边缘处实现非常高的边缘质量。因为玻璃边缘的状态对于玻璃元件的抗弯强度是非常重要的，所以高的边缘质量也导致主要部分和该子部分的抗弯强度的增加。换句话说，具有尽可能少且尽可能最小的、优选没有碎片、缺口和不平处的、尽可能干净的玻璃边缘有助于降低玻璃破裂的风险。
如果玻璃元件在主要部分的区域中被加热，该步骤可以集成到必要时紧随的主要部分的钢化工艺或陶瓷化工艺中。
在本发明的一个改进方案中，玻璃元件在主要部分的区域中被加热并且发生膨胀和/或该子部分被冷却并且发生收缩，其中，主要部分的平均温度和该子部分的平均温度之间存在一温度差，所述温度差为至少150摄氏度，优选至少200摄氏度，特别优选至少300摄氏度。
在本发明的一个改进方案中，玻璃元件在主要部分的区域中被加热并且造成膨胀，并且在该子部分沿分离线在邻近的丝状损伤处与主要部分分离之后，主要部分在利用已进行的加热的情况下被热钢化。
在本发明的一个改进方案中，玻璃元件的已经加热的子部分直接钢化，由此不产生其他的高能量成本。也就是说，主要部分以节能方式被热钢化。被加热的子部分的直接衔接分离的热钢化尤其通过所使用的精确分离方法借助于丝化实现，由此获得高的边缘质量。由此，尤其不强制，打磨或以其他方式处理由于该子部分与主要部分分离而产生的边缘。
此外也可行的是，在使用产生的热量使主要部分陶瓷化。以这种方式，主要部分可以以节能方式陶瓷化，即，转化为玻璃晶体混合体。因此，因为节能的原因有利的是，在分离过程之后进行陶瓷化。
因此，可以如下地实现工艺链：首先，玻璃元件沿着至少一个定义的分离线通过激光脉冲丝化，即微穿孔。在本发明的意义下，这些分离线中的至少一个在此不是直线的分离线，在该实例中内部轮廓被假定代表子部分。可以给出别的分离线、例如外轮廓，沿着所述分离线玻璃元件首先以与本发明的方法不同的方式分离，例如通过弯曲或用CO2激光器照射在玻璃元件中施加应力的方式。沿这些另外的分离线分离而产生的边缘可以在分离后被打磨，因此例如可以进行所谓的C磨光(C-Schliff)。其他可选的步骤也可以是对玻璃元件进行清洁和印刷(Bedrucken)。然后优选沿着内轮廓的分离线进行切割步骤，通过所述切割步骤，丝彼此连接，使得内轮廓与主要部分分离，但是不是从主要部分上脱离。于是，借助于根据本发明的方法，通过加热主要部分并使其膨胀的方式，将该子部分从主要部分脱离。在此，内轮廓被释放，其中，不仅在该子部分处而且在主要部分处产生的切割边缘均具有非常高的边缘质量，尤其是其特征在于，小于10微米，特别优选小于5微米的碎片和具有小于30微米，优选小于20微米，特别优选小于10微米的Rz值的粗糙度。最后，主要部分在利用用于分离已经进行的加热的情况下被热钢化。主要部分也可以在利用已经进行的加热的情况下被陶瓷化。随后，玻璃元件的主要部分和/或该子部分可以被包装。
热钢化或热回火基于：待钢化的玻璃元件被淬火。在此，该元件的表面首先冷却，而在内部仍处于较暖或较软的相。在内部相对于环境的温差大于在外部。玻璃元件的内部会收缩更多，但是这被已经固态的表面阻止。由此在内部产生拉应力，而在表面则产生压应力。
热钢化的优点在于，它是相对成本较低的提高强度的方法。以这种方式在在本发明的改进方案中提供了一种用于分离和随后的钢化的有效的方法。因此提高本发明的该实施方案的经济效益。另一方面，热钢化的玻璃元件通常不再能被很好地切割和分离。但是钢化完成之后进行的微穿孔，切割和分离，在本发明的这个实施方案中并不是绝对必要的，因为所有必要的分离步骤可以之前在未钢化的玻璃元件中已经进行。根据上述示例的工艺链，这不但涉及在本发明的意义中沿着非直线的分离线的分离，而且必要时沿着其他分离线的分离，沿所述其他分离线也可以用传统方法进行分离。
EP 2 781 296 A1中描述的方法也可用于具有回火或钢化的表面的玻璃。但是缺点在于：这样的玻璃(如上所述)与未回火或未钢化的玻璃相比不再能被很好地切割和更容易地断裂，从而在局部轮廓定义步骤期间增加了形成不利的开裂的风险。此外，激光功率和切割速度等激光参数必须保持非常精确。本发明所述的实施方案可以避免这些缺点。
本发明的一个改进方案中，玻璃元件的材料具有大于3×10-6K-1，优选大于4×10- 6K-1，特别优选大于7×10-6K-1的热膨胀系数。
玻璃的热膨胀系数是如下的参数，所述参数说明相应的玻璃元件的尺寸如何由于温度变化引起膨胀或收缩而改变。热膨胀系数理解为线性膨胀系数α＝(1/L)(ΔL/ΔT)，其中，ΔT表示温度差，ΔL表示沿着原始长度L的线性维度的变化。
在本发明的改进方案中，玻璃元件具有至少2毫米，优选至少3毫米，特别优选至少4毫米，更优选至少5毫米的厚度。根据本发明的用于激光辅助地将一子部分从扁平的玻璃元件上分离的方法尤其适用于具有上述厚度的板状的元件。相反，借助于传统的分离方法(例如施加弯曲力矩)玻璃沿着一般弯曲的、区段式地成角度的或者甚至闭合圈的理论断裂线的分离，随着玻璃的厚度增加持续变得更困难。原因在于，在传统的分离方法中，随着基底厚度的增加，还接触的子部分之间的卡住的风险(Verkantungsrisiko)持续增大。因此，在较厚的玻璃元件中，以传统方式进行可靠的分离很困难甚至不可能实现。
EP 2 781 296 A1中描述的方法设置，由于基底材料的热引起的流动，待分离的轮廓在受辐射区域中形成重力引起的滴状凸形，以便由此形成相对于剩余的基底材料的间隙。然而，这种方法的缺点是：仅仅适合于有限的玻璃厚度。也就是说，如果玻璃太厚，通过材料流动引起的间隔形成的效果相对于基底平面中待分离的轮廓的加热而引起的膨胀持续变弱。相反，这里根据本发明的用于激光辅助地将一子部分从扁平的玻璃元件分离的方法特别适用于较厚的玻璃元件。也可以对厚度超过5毫米的玻璃进行处理，尤其也可以成功地处理厚度超过8毫米的玻璃。
玻璃元件具有优选最多20毫米，特别优选最多15毫米和特别优选最多10毫米的厚度。具有上述范围内的最大厚度的玻璃仍然适合通过根据本发明的方法来很好分割和可靠地分离子部分。
在玻璃元件较厚的情况下，在一个处理步骤中在整个厚度上或通过沿分离线在单次移动中穿过激光束的入射点来执行微穿孔，这通常不再可能实现或至少不是有利的。为了实现该子部分简单且可靠的分离，特别有利的是，在不同的焦深处执行两次或更多次的穿越(
Figure GDA0001547579030000091
)。
在本发明的一个改进方案中设置，在玻璃元件的体积中产生沿着与分离线在分离线每一点上间隔开至少为5微米且至多为50微米，优选至多40微米，特别优选至多30微米的偏移线的邻近排列的丝状损伤，所述丝状损伤在沿分离线产生的丝状损伤的纵向方向上的投影与沿分离线产生的丝状损伤具有小于200微米，优选小于100微米，特别优选小于50微米的重叠。
此外可以以类似方式在玻璃元件的体积中产生沿着与第一偏移线间隔开的第二偏移线的丝状损伤。
在本发明的一个改进方案中，该子部分沿第一横向维度具有至少为5毫米，优选至少10毫米，特别优选至少20毫米的最小尺寸，和沿与第一横向维度正交的第二横向维度至少为5毫米，优选至少10毫米，特别优选至少20毫米的最小尺寸。
有利的是，待分离的子部分沿两个横向维度(即沿着平行于扁平的玻璃元件、即在元件的平面中延伸的两个维度)各自有一定的最小尺寸。原因在于，待分离的子部分越大，本方法中主要部分相对于该子部分产生相对的膨胀(或该子部分相对于主要部分的收缩)导致拉应力就越大。在附加进行的切割步骤的情况下一定的最小膨胀、特别在位于内部的该子部分(内部轮廓)的情况下是有利的，如下面在一个示例中解释的那样。
这可以通过以下事实来说明：假定该子部分通过切割步骤沿着分离线已经完全与主要部分的分离，即不仅仅是微穿孔。如果例如现在该子部分是在主要部分内的具有尺寸10×10毫米的正方形，主要部分膨胀或该子部分收缩10％将导致每个横向维度的为1毫米的总间隙宽度，即围绕方形的该子部分为0.5毫米。相反假设，该子部分仅仅具有为1×1毫米的尺寸，那么得出间隙宽度就是0.05毫米。
该子部分的面积越大，则由主要部分和该子部分之间的温差(在无切割步骤的情况下)产生的拉应力或者(在有切割步骤的情况下)产生的间隙宽度越大。被证明很有利的是，该子部分沿两个横向维度中的每一个具有的最小尺寸为至少5毫米，优选至少10毫米，特别优选至少20毫米。从这样的尺寸，可以在许多玻璃材料中如下地产生脱离：主要部分区域中的材料被加热直到低于玻璃转化温度的一个温度，而在子部分的区域中保持在室温并且在那里必要时通过将其暴露于空气流附加地冷却。
但不强制需要(虽然这样是有利的)的是，该子部分超过所述的尺寸。该子部分例如可以借助特殊的冷却流体例如氮气、或者使用冷却板等进行更强的冷却，从而在较小的子部分中也能产生足够的用于分离的拉应力。视玻璃而定，玻璃转化温度也可以如此高，使得主要部分被更强加热而不永久变形，从而较小的子部分也可以被分离。
此外，也可行的是，在主要部分区域中不均匀地加热玻璃元件和/或在该子部分区域中不均匀地冷却玻璃元件。例如使子部分的边缘
Figure GDA0001547579030000101
或舌部被更强地冷却。
在根据本发明的方法的上下文中，子部分从主要部分的期望的分离取决于各种参数。一个重要的参数是子部分沿第一或第二横向维度的最小尺寸L。另一个重要参数是在根据本发明方法中在主要部分的平均温度和该子部分的平均温度之间产生的温差ΔT(单位为开尔文)。还有一个重要的参数是所用玻璃的(线性)热膨胀系数α＝(1/L)(ΔL/ΔT)。利用这三个参数，现在可以以最简单的方式估算最小间隙宽度S，所述最小间隙宽度由于在根据本发明的方法的框架下的加热和/或冷却在主要部分和该子部分之间产生：S＝ΔL/2＝L·ΔT·α/2。以有利的方式彼此确定调整参数L，ΔT和α：最小间隙宽度S大于该子部分的边缘面的平均粗糙度R(该子部分在所述边缘面处从主要部分分离)。根据普遍定义，平均粗糙度R表示边缘面上的点与平均表面之间的平均距离，其中，平均表面应与理想边缘表面一致，或者(从数学上说)与边缘面的实际轮廓这样相交，使得实际轮廓关于平均表面的偏差的和最小化。
根据本发明的一个改进方案中设置，子部分在扁平的玻璃元件的平面中的最小尺寸L，主要部分的平均温度和子部分的平均温度之间的温度差ΔT(单位为开尔文)，玻璃元件材料的热膨胀系数α，以及子部分的边缘面的平均粗糙度R(该子部分在所述边缘面处与主要部分分离)应满足不等式L·ΔT·α>R。
在本发明的一个改进方案中，玻璃元件由分离线这样划分，使得主要部分在扁平的玻璃元件的平面中呈现二维形状，所述二维形状在数学拓扑意义上不是星形的。
分离线本身越强地弯曲或相应越强地成角度，借助于传统的分离方法沿着具有一般弯曲的形状或成角度的部分的理论断裂线分离玻璃就越困难。当子部分部分地或几乎全部在内部，分离线未完全闭合时，将子部分分离就特别难(除了有本身闭合圈的分离线的位于内部的子部分)。这种情况的一个标准是，对应于玻璃元件的主要部分的二维区域在数学上不再是星形区域。这意味着在这个二维区域内没有如下的点，从所述点出发可以用完全位于该区域中的直的连接段到达区域的任何其他点的点。
当在数学拓扑意义上玻璃元件的主要部分不是星形时，一些传统的分离方法特别困难，但本发明特别适用于这种情况。
然而主体可以容易地呈现非星形的形状，但是如果子部分呈现星形的形状，则尽可能整齐的分离是有利的(尽管也不是绝对必要的)。这是因为，对应于该子部分的二维区域具有至少一个点，从该点出发用完全在该区域中的直的连接段可以到达该区域的其他任何点。因此，对于这样一个星点来说，该区域可以收缩，但不会在收缩时与对应于主要部分的区域缠结在一起。该区域所述的收缩可以理解为对应该子部分的冷却。
该子部分在玻璃元件的平面中呈现的一些例如在数学意义上星形的二维形状，包括正多边形的，带有倒圆的角的正多边形的，椭圆的或圆的形状。
在本发明的一个改进方案中，玻璃元件被分离线划分成，主要部分在扁平的玻璃元件的平面中完全包围该子部分。
沿着本身闭合圈的分离线分离玻璃，也就是说，分离内置在二维面中的内部子部分，或者换句话说，在扁平的玻璃元件中制造孔或切口，对于传统的分离工艺来说是一个难题。原因此外在于前文所述的问题，即施加弯曲力矩，但是也因为，在通过激光脉冲微穿孔时，有时很少甚至完全没有材料被去除。而本发明特别适用于这种情况。
本方法可应用于内置子部分的几乎任何形状，换句话说，可以应用于内部轮廓或本身闭合圈的分离线。如上所述，如果子部分在扁平的玻璃元件的平面中具有星形的二维形状，尽可能整齐的分离是很有利的，虽然并不是绝对必要。例如，可以从玻璃元件上去除圆形的，简单方形的或甚至更复杂地成形的子部分。
在本发明的一个改进方案中，激光脉冲倾斜对准到玻璃元件的表面上，使得激光脉冲的光传播方向以及丝状损伤的纵向方向相对于表面倾斜地延伸，此外分离线倾斜于，优选垂直于光入射平面延伸。光入射平面被激光束的传播方向和表面法线跨越。
换句话说，引入损伤通道，使得它们的纵向延伸不同于玻璃元件的表面法线方向。这因此导致待分离的子部分之间产生倾斜的切割面或分离面。
产生倾斜延伸的丝状损伤，或者换句话说，成角度地在材料中进行穿孔，可以使分离子部分的脱落变得容易，因为由此替代匹配而存在一定打开角度，通过所述打开角度可以进一步降低卡住的风险(Verkantungsrisiko)。
如果较厚的玻璃利用激光处理装置多次穿越(
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)处理，则在此典型地使用不同的焦深。就是说，如果形成的丝的长度不足够用于在玻璃的整个厚度上横穿玻璃，则可以用激光在分离线上进行多次穿越，以产生不同深度的丝。焦深越大，也就是说损伤通道在玻璃中距离射入侧越远，这可能导致丝状损伤的长度变得越短。原因在于，激光辐射一部分由于应用倾斜角而被基底表面反射。倾斜角在此理解为玻璃元件的表面法线与激光脉冲的入射方向之间的非零角度。在较厚的玻璃中，保持小的倾斜角常常是有利的。而且在小倾斜角时，一般已经由根据本发明的方法实现没有卡住的风险(Verkantungsrisiko)的分离。
内部几何形状的分离的许多实例之一是：由玻璃、例如钠钙玻璃制造炉灶面。这种情况下，对此钠钙玻璃如上所述地被钢化。
能够用根据本发明的方法制造呈组合形式的根据本发明的产品，所述组合包括两个扁平的、也就是说板形的或者片形的玻璃元件。
根据本发明的包括两个扁平的玻璃元件的组合特征在于，扁平的玻璃元件中一个在其表面上具有的二维形状与扁平的玻璃元件中另一个在其表面上具有的二维形状互补，并且扁平的玻璃元件中一个的两边缘(所述两边缘限定在侧面以及使侧面连接的边缘面之间的过渡)，分别具有与扁平的玻璃元件中另一个的两边缘(所述两边缘在侧面以及使侧面连接的边缘面之间构成过渡)相同的形状，并且在两个扁平的玻璃元件的边缘面中分别存在邻近排列的丝状损伤，所述丝状损伤在边缘面形成凹陷，其中，丝状损伤的纵向方向分别在从一边缘到另一边缘的方向上延伸。
因此理论上，当忽略摩擦和卡住问题时，一个扁平的玻璃元件可以与另一个扁平的玻璃元件精确匹配地接合到一起。
在本发明的一个改进方案中，扁平的玻璃元件中的一个在其平面中具有的二维形状包围扁平的玻璃元件中的另一个在其平面中具有的二维形状。
在本发明的一个改进方案中，扁平的玻璃元件中的一个热钢化。在本发明的这一改进方案中，钢化的扁平的玻璃元件通过热钢化保持在轻微增大膨胀的状态中。因此，在本发明的这个改进方案中，不仅在理论上而且在实践上可行的是，可以将一个扁平的玻璃元件精确配合地与另一个扁平的玻璃元件接合到一起，因为通过由于钢化产生的扁平的玻璃元件的轻微膨胀可以避免摩擦和卡住问题。这种包括两个可以精确配合地接合到一起的扁平的玻璃元件的组合可以如此精密地配合到一起，使得其是液密的。这可以用于例如由玻璃生产液密封闭件。
还可以设置，扁平的玻璃元件中的一个或两个在边缘面上被打磨，所述边缘面具有丝状损伤。由此同样能够实现，在实践中可以配合到一起。
此外，根据本发明的包括两个扁平的玻璃元件的组合中的扁平的玻璃元件中的一个也可以陶瓷化。
能够利用根据本发明的方法的一个改进方案制造呈扁平的、即板形的或者片形的玻璃元件的根据本发明的产品，在所述改进方案中，使用不同焦深中的多个激光处理步骤。
根据本发明的扁平的玻璃元件的特征在于，在边缘面中包括邻近排列的、在边缘面中形成凹陷的丝状损伤，其中，丝状损伤的纵向方向在从一边缘到另一边缘的方向上延伸，所述边缘限定扁平的玻璃元件的边缘面和侧面之间的过渡，并且边缘面具有至少一个沿整个边缘面延伸的偏移部，所述偏移部基本垂直于丝状损伤的纵向方向延伸，并且偏移部呈至少2微米和至多30微米的台阶的形式。
根据本发明的、将一子部分从扁平的玻璃元件去除方法，根据本发明的又一实施例基于：定义一分离线，所述分离线将玻璃元件划分为该待去除的子部分和待保留的主要部分，在玻璃元件的体积中产生沿分离线邻近排列的丝状损伤，所述损伤由超短脉冲激光器的激光脉冲产生，其中，玻璃元件的材料对于激光脉冲来说是透明的，和激光脉冲在玻璃元件的体积内产生等离子体，所述等离子体造成丝状损伤，和激光脉冲的在玻璃元件上的入射点沿分离线在玻璃元件表面上移动，在引入沿分离线邻近排列的丝状损伤之后使得玻璃元件钢化，并且在玻璃元件钢化后，在子部分的区域中产生开裂，开裂的扩展受沿分离线邻近排列的丝状损伤限制，从而该子部分沿分离线沿着邻近排列的丝状损伤从主要部分上去除，其中，主要部分作为整体被保持完整。
在将一子部分从扁平的玻璃元件分离的方法中，整个基底，即整个玻璃元件被钢化。钢化可以以不同的方式实现，例如用热或化学方式。钢化后，在子部分内发生自断裂，其中，丝化部作为用于引起裂纹的扩展边界起作用。由此，仅仅该子部分被分裂成小玻璃片，如例如对热钢化的钢化安全玻璃所知的那样。优选，该子部分在扁平的玻璃元件的平面中具有简单连续的形状。如果二维形状是星形或者甚至是凸形(konvex)，虽然这并不是必须的，但却是很有利的。
附图说明
下面根据附图将更详细地解释本发明。附图中，相同或相应的元件用相同的附图标记进行标示。如：
图1示出用于在玻璃元件的体积内沿不同分离线产生丝状损伤的激光处理装置的立体示意图，
图2示出在主要部分区域中的用于加热玻璃元件的加热装置的立体示意图，
图3示出作为相对于扁平的玻璃元件的横向维度的位置的函数的温度的示意图，
图4示出通过加热/冷却在扁平的玻璃元件中产生的拉应力的俯视示意图，
图5示出丝化的玻璃元件的立体示意图，所述玻璃元件在主要部分的区域中被加热，从而可以将该子部分移除，
图6示出不同形状的分离线以及相应的主要部分和子部分的示意图，
图7示出用于产生倾斜延伸的丝状损伤的替代的激光处理装置的立体示意图。
图8示出多次激光处理后的玻璃元件的示意侧视图。
图9示出玻璃元件在沿分离线和附加的偏移线被多次激光处理后的示意图。
图10示出分别包括两个扁平的玻璃元件的组合的立体示意图。
图11示出具有边缘面中的偏移部的扁平的玻璃元件的立体示意图。
具体实施方式
图1示意地示出了激光处理装置1，利用所述激光处理装置通过沿限定的分离线21引入丝状损伤20将玻璃元件2微穿孔进而为之后的分离做准备。
激光处理装置1包括超短脉冲激光器10，所述超短脉冲激光器的激光脉冲12对准到玻璃元件2上。激光脉冲12为此借助于聚焦装置11聚焦在玻璃元件2上。超短脉冲激光器10的波长选择为，使得激光脉冲12能够穿透到玻璃元件2中。
激光脉冲12在此在玻璃元件2的体积中产生等离子体，所述等离子体导致丝状损伤20。激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13连续地在表面22上沿限定的分离线21移动。
分离线21在此限定为，使得分离线可以将玻璃元件2完全分成待分离的子部分4和剩余的主要部分3。
图1示出了不同的示例性的分离线21。图1a示出了弯曲的非直线的、本身未形成闭合圈的分离线。图1b-d示出了不同形状的、本身闭合的分离线21。图1b示出了椭圆形的分离线21，图1c示出了呈正五边形的形式的分离线21和图1d示出了具有倒圆角的正五边形的分离线21。
图2示意地示出了用于在主要部分3的区域中加热玻璃元件2的示例性的加热装置5。为了更好的说明，图2中的玻璃元件2与加热装置5具有明显的间距。在现实中，玻璃元件2相反可能与加热装置5接触。扁平的玻璃元件2因此可以以其下侧的表面平放在加热装置5上。
在图2中，扁平的玻璃元件2具有它的沿所示的x和y维度的最长尺寸。沿着玻璃元件2的最长尺寸延伸的两个维度应该也称为第一横向维度6和第二横向维度7。沿着正交于横向维度6和7延伸的维度，该玻璃具有厚度23。
在图2中示例性地示出的加热装置5构造成扁平的，因此也可以被称为加热板。加热板的表面在这里平行于玻璃元件2的两个横向维度6和7，即图2中所示的x和y维度。
加热板在主要部分3的区域中加热玻璃元件2。一般情况下，加热板可以具有与主要部分3的形状相匹配的加热区域50，而并不限于示例的加热装置。在所示情况下，加热区域沿第一横向维度6从值x＝0延伸到值x＝x3并且沿第二横向维度7从值y＝0延伸到值y＝y2，其中，其在中心具有与子部分4相匹配的留空部，所述留空部例如对于值y＝y1时从x＝x1到达x＝x2。相应地，玻璃元件2在该表面(所述表面在两个横向维度(x和y维度)的平面延伸)上根据该表面上的位置(x和y值)经受不同的温度。
图3示出了玻璃元件2中的不同的示意的温度变化曲线，所述玻璃元件适合用于根据本发明将子部分4从主要部分3分离。温度变化曲线示出为在第二横向维度7为预定值y＝y1时，第一横向维度6的位置x的函数。第二横向维度的预定值y＝y1在此选择为，使得对于x值沿着第一横向维度的变化曲线而言不仅出现主要部分3的区域中的位置而且出现子部分4的区域中的位置。图3a示出如下情况下的理想温度变化曲线：主要部分3具有恒定的温度，所述温度比子部分4的温度高。图3c示出了如下情况下的类似的温度变化曲线：存在一温度梯度，所述温度梯度在由分离线21限定的理论断裂位置延伸。图3b和图3d同样示出了该情况下的当前温度梯度的温度变化曲线，其中，在这里温度梯度完全在子部分4或主要部分3中延伸。图3a-d中所示的所有温度变化曲线的共同点在于，主要部分3中的平均温度高于子部分4中的平均温度。在此不重要的是：玻璃元件2是否已经在主要部分3中被加热或是否已经在子部分4的区域中被冷却，或者两者是同时进行还是时间错开地进行。对于根据本发明的方法而言重要的仅仅是：由于产生的温度变化曲线，玻璃元件2在主要部分3的区域中膨胀和/或在子部分4的区域中收缩。
图4示出在俯视玻璃元件2时玻璃元件2中由于根据本发明的加热和/或冷却产生的拉应力，也就是说，适用于如下情况：不实施切割步骤。拉应力示意地由箭头示出。在玻璃元件2中已经预先引入沿着分离线21排列的丝状损伤。图4a示出由于在主要部分3的区域中加热玻璃元件2而相应于图3d中示出的温度变化曲线的拉应力。图4b示出由于在主要部分3的区域中加热而相应于图3c中示出的温度变化曲线的拉应力。图4c示出由于在子部分4的区域中冷却而相应于图3b中示出的温度变化曲线的拉应力。图4d示出由于在子部分4的区域中冷却而相应于图3c中示出的温度变化曲线的拉应力。图4e示出由于在主要部分3的区域中加热而相应于在图3d中示出的在温度变化曲线的、在子部分4的区域中同时或时间错开地冷却的情况下相应于图3b中示出的温度变化曲线的拉应力。图4f示出由于在主要部分3的区域中加热而相应于图3c中示出的温度变化曲线的、在子部分4的区域中同时或时间错开地冷却的情况下相应于图3b中示出的温度变化曲线的拉应力。图4g示出由于在主要部分3的区域中加热而相应于图3d中示出的温度变化曲线的、在子部分4的区域中同时或时间错开地冷却的情况下相应于图3c中示出的温度变化曲线的拉应力。图4h示出由于在主要部分3的区域中加热而相应于图3c中示出的温度变化曲线的、在子部分4的区域中同时或时间错开地冷却的情况下相应于图3c中示出的温度变化曲线的拉应力。
为了在玻璃元件2中通过加热和/或冷却产生拉应力，图4a-h所示的所有变型都可以引起：子部分4沿分离线21在邻近排列的丝状损伤处与主要部分3分离。
图5示出在主要部分3的区域中被加热并且发生膨胀的玻璃元件2的示意立体图。玻璃元件2沿分离线在邻近排列的丝状损伤处分离为子部分4和主要部分3。子部分4由此可以从主要部分上取走。
只要主要部分3仍然被加热，能够实现无问题地将子部分4移除，也就是说，尤其没有与主要部分3的卡住，子部分4的损伤或持久的变形。原因在于，通过主要部分3相对于子部分4的相对膨胀，不仅实现了沿分离线的分离，而且也产生主要部分3和分割部件4之间的相应于分离线的变化曲线的间隙24。这个间隙提供了一定的余隙，由此能够实现由于倾斜没有卡住地将子部分4从主要部分3中取走。
然而在如下的分离方法中处理，玻璃元件2越厚，困难就越大：通过施加弯曲力矩或通过激光辐射(例如CO2激光器)局部加热，但是在根据本发明的方法中对于如下的玻璃元件尤其也能够实现无问题地取走子部分4：所述玻璃元件具有至少2毫米，优选至少3毫米，特别优选至少4毫米，再优选至少5毫米的厚度23。
通过在主要部分3的区域中加热和/或在分离子部分4的区域中冷却产生的间隙的宽度尤其取决于主要部分3与子部分4之间产生的平均温度的差。但间隙宽度也取决于沿两个横向维度6和7的子部分4的表面积的大小。如果子部分4沿这两个维度具有一定的最小尺寸，尤其是如果不仅子部分4在第一横向维度6上的最小尺寸而且子部分4在第二横向维度7上的最小尺寸分别具有最小长度时，对于根据本发明的方法而言是有利的。在本发明的一个改进方案中，该最小长度是5毫米，优选10毫米，特别优选20毫米。
但是替代地也可行的是，子部分4在由横向维度6和7展开的平面中包围的最小矩形具有边长为41和42，所述边长分别有一定的最小长度。则不仅子部分4在第一横向维度6上的最大尺寸而且子部分4在第二横向维度7上的最大尺寸各自具有一个最小长度。
图6示出在俯视玻璃元件2时各种形状的分离线21以及相应的主要部分3和子部分4。如果分离线21(如图6a所示的那样)是直线的，那么能够以简单的方式实现子部分4和主要部分3无损的分离(即以如下方式分离：不仅主要部分3而且子部分4除了在分离边缘处的微穿孔之外，没有其他损伤)。在这种情况下，能够利用本发明的方法实现无损的分离，但是也能够利用传统的分离方法例如施加足够的弯曲力矩实施。类似的情况适用于略弯曲地或略成角度延伸的分离线21，如其在图6b和图6c中所示的那样。
如果分离线21强烈弯曲或强烈成角度地延伸，即如果子部分4在玻璃元件2的平面中可以被称为大部分位于内部或全部位于内部，如在图6d或图6e中示例地所示的那样，对于常见的分离方法特别困难。相反，根据本发明的方法非常适合这种情况。
图6d示出如下的情况：子部分4大部分位于玻璃元件2内部。在这种情况下，可以用于这种情况的一个标准是：主要部分3在玻璃元件2的平面中的二维形状在数学拓扑意义上不是星形的。这表示，在与主要部分3对应的二维区域内，不存在具有星点的性质的单点31。所示的点31缺乏星点性质，因为无法从点31出发直线连接段到达主要部分3相对应的二维区域内的所有其他点，所述直线连接段完全位于该二维区域内。因此，从点31出发不能以所描述的方式到达主要部分3的区域中的阴影区域。因此，主要部分3的区域不是星形的。这同样适用于图6e中所示的主要部分3的区域，它既不是星形也不是简单连续的。子部分4甚至完全位于内部，即它在玻璃元件2的平面中完全闭合。这样内置的子部分4时而也会被称为内轮廓或内部几何形状。
如果子部分4在玻璃元件2平面中的二维形状是星形的，即如果在与子部分4对应的二维区域中存在至少一个星点43，那对于本发明方法来说通常是有利的。图6d和图6e所示的即这种情况。在图6d和图6e所示的示例中，甚至子部分4的区域中的每个点都是星点。换句话说，在这些示例中，子部分4的区域甚至是凸形的区域。如果子部分4在扁平的玻璃元件2的平面中为凸形的区域，那么对于该分离是很有利的。因此一般(不限于所示的实施例)在本发明的一个改进方案中设置，脱离如下的子部分，所述子部分在扁平的玻璃元件的平面中具有凸形的区域的二维形状。
但是对于根据本发明的方法的功能而言不是绝对必需的是：子部分在玻璃的面中的形状是星形的或者甚至是凸形的。这是因为：沿着根据分离线21延伸的理论断裂位置的分离一旦在某些区域开始，就很容易有继续。此外，主要部分3和/或子部分4的不均匀的冷却和/或加热也能够有助于非星形的子部分4的分离。
图6f示出另一个示例，其中，在玻璃的面中，主要部分和子部分4都不是星形的或凸形的。这里，与玻璃元件2相对应的二维区域既不是星形也不是凸形的，也不是简单连续的。如图6e所示，这种具有孔的玻璃元件2例如可以由内置的子部分的根据本发明的分离产生。在这种情况下，分离线21本身是闭合圈的形状。数学意义上，由分离线21定义的子部分4不再是内置的子部分4。但在实践中(视孔的大小而定)，并不少见的是将其说为内部几何形状。非星形的和不是简单连续的子部分4可以利用根据本发明的方法无损且无卡住地从非星形的和不是简单连续的主要部分3上分离。
例如根据图7a可以看出，在本发明的一个改进方案中，激光脉冲12也可以倾斜地对准到玻璃元件2的表面22上，使得表面法线14与激光脉冲12的方向之间产生一角度。因此，丝状损伤20的纵向方向倾斜于表面22延伸。此外还要注意，激光在玻璃元件2的表面22上折射的影响。
光入射方向与表面法线14之间的角度可以在几度到十几度的范围内，以便使子部分的分离变得容易。优选在此，激光脉冲12的光入射方向和玻璃元件2的表面22的表面法线14之间产生一角度，所述角度在3°至30°、特别优选3°至15°的范围中，再优选至少为5°。
如根据图7a可以看出，激光脉冲12倾斜地对准到表面22上，使得光入射平面15横向于，优选垂直于分离线21。相应地，入射点13在表面22上移动的移动方向是横向于，优选垂直于光入射面15。光入射面15由光入射方向和表面法线14展开。如果分离线21是弯曲的，例如在示出的示例中是圆形的，那么分离线21横向于光入射面15的取向应当理解为：在分离线21处的切线横向于，优选垂直于光入射面15。
图7b示出玻璃元件2的与图7a相应的截面图。由于在丝状损伤20的纵向方向和表面法线22之间产生的角度，得出如箭头所指的优选方向，子部分4可以沿着该方向与主要部分3分离。
图8以类似于图7b的截面图示出了在不同焦深的多次激光处理后的玻璃元件。这意味着，在如下的处理步骤之后还有其他的处理步骤：通过超短脉冲激光器的激光脉冲12在玻璃元件2的体积中产生损伤20，其方式是，激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13在玻璃元件的表面22上沿着分离线21移动；在所述其他的处理步骤中，以类似的方式，但是通过激光脉冲12的不同焦深在玻璃元件2的体积中产生其他深度中的损伤20’,20”等等。
这样的多次激光处理特别适用于较厚的玻璃元件2，在所述较厚的玻璃元件中，在单次处理步骤中在整个厚度23上实施微穿孔，或者通过激光束12的入射点13沿分离线21的单次的运动实施微穿孔，这通常不再是可行的或者至少是不利的。
在以不同焦深的激光束多次穿越中可能出现的问题是玻璃元件2的体积中的不同深度的损伤没有理想地对齐。
图8a示例性和示意性地示出了在其表面22上进行两次激光处理之后的玻璃元件2。在第一处理步骤中产生损伤20，而在第二步骤中，在更高的深度上产生损伤20'。损伤20和20’彼此之间具有一定的偏移，所述偏移典型地由于定位精度有限具有统计上的波动。这种偏移使得用根据本发明的方法将子部分4与主要部分3分离变得更难。由于偏移，产生切割边缘的相对于由于丝化部本身引起的粗糙度R增高的粗糙度R'。
在本发明的一个改进方案中设置，如下地产生损伤20和20'之间的偏移，使得对于主要部分3和子部分4的分离而言仅仅由丝化部本身引起的粗糙度R是决定性的，但是切割边缘的当考虑偏移时的粗糙度R’不是决定性的。
如图8b中所示，在玻璃元件2的体积中的相对于表面22更深的损伤20’这样产生，使得子部分4在与表面22对置的侧上比在表面22的侧上略大。由此，得出由箭头指示的优选方向，沿着该优选方向，分离子部分4可以与主要部分3分离。沿该优选方向，仅仅由丝化部引起的粗糙度R对于该分离是决定性的，而逆着优选方向，由损伤20和20'之间的偏移得出的粗糙度R'，对于分离是决定性的。子部分4不必须是完全内置的子部分，相反，可以考虑所有之前提及的形状。对于如下情况：子部分4是圆形的内部件，由于损伤20和20'之间的偏移，象征性地具有蛋糕形状。
而根据图1的损伤20如下产生：激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13在玻璃元件的表面22上沿着分离线21移动，按照图9a的损伤20'如下产生：激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13在玻璃元件的表面22上沿着与分离线21稍微间隔开的偏移线21'移动。偏移线有利地完全在分离线21的一侧上延伸；尽管有利，但并不是必须的是：偏移线21’与分离线21的间距沿着该线是不变的。
本发明所述的改进方案不限于两次激光处理。也可以通过激光进行三次或更多次的穿越。图8c示例地和示意地示出了导致损伤20,20'和20”的三次激光处理之后玻璃元件2的截面。图8d又示出了在本发明的该改进方案中损伤20和20'之间以及损伤20'和20”之间的偏移可以如何产生，使得得出由箭头指示的、用于将子部分4与主要部分3分离的优选方向。
在此，根据图9b的损伤20’如下地产生：激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13在玻璃元件的表面22上沿着与分离线21稍微间隔开的第一偏移线21'移动。此外，损伤21”如下地产生：激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13在玻璃元件的表面22上沿着相对于分离线21比第一偏移线21'稍远的第二偏移线21”移动。第二偏移线21”优选完全在第一偏移线21'的一侧延伸；虽然有利，但是不是必须的是：第二偏移线21”与第一偏移线21'的间距优选沿该线是恒定的。
也可以执行两次以上的激光处理步骤。为此，可以定义其他的、相对于分离线21间隔开更远的偏移线，沿着所述偏移线，激光脉冲12在玻璃元件2上的入射点13在玻璃元件的表面22上移动。
由具有不同焦深的多次激光处理产生的损伤之间的一个偏移或多个偏移的选择性的控制，可以与图7中示出的激光处理相结合，在所述激光处理中，激光脉冲12倾斜地对准到玻璃元件2的表面22上。在实践中，光入射方向与表面法线14之间产生的角度通常不能精确地调整到零度。就这方面来说，通常严格来说将总有一个(非常)小的角度，使得损伤通道的纵向方向通常相对于玻璃元件2的表面法线14也有一定的角度。与定位时一样，这里必须假设小于对准精度的统计偏差。
图8e示出玻璃元件2的进行两次激光处理后的倾斜损伤20和20'。损伤20和20'又不完全在一条线上(或者完全在一个平面上)，而是相互之间有一定的偏移。这又会使利用根据本发明的方法将子部分4与主要部分3的分离变得更难。
但是如图8f所示，偏移可以有利地这样调整，使得得出用于分离的、箭头指示的优选方向。沿着优选的方向，子部分4可以与主要部分3分离，而由偏移造成的边缘不会干扰地起作用。
本发明的所述的改进方案不仅仅限于用倾斜射在表面22上的激光脉冲12进行两次激光处理。也可以在不同的焦深处进行三次甚至更多次的激光处理步骤。图8g示例地和示意地示出用倾斜射向表面的激光脉冲12进行三次激光处理后玻璃元件2的截面，所述激光脉冲导致损伤20,20'和20”。图8d又示出了本发明的改进方案中损伤20和20'以及损伤20'和20“之间的偏移可以如何布置，使得得出箭头所指的、用于将子部分4和主要部分3分离的优选方向。在实践中，偏移量不必须是同样大小。
图10示出分别包括两个能够用根据本发明的方法制造的扁平的玻璃元件的两个组合(图10a和10b)。而图10b中所示的包括两个扁平的玻璃元件的组合这样构造：扁平的玻璃元件2中的一个在其平面内具有的二维形状将扁平的玻璃元件2’中另一个在其平面内具有的二维形状完全包围，图10a中所示的包括两个扁平的玻璃元件的组合不是这种情况。对于图10b中所示的组合，玻璃元件2'是与玻璃元件2匹配的内件。对于图10a所示的组合这个表示，玻璃元件2'是与玻璃元件2匹配的子部分，所述子部分这里称为主要内置的。
适用于所示的两个组合(图10a和图10b)的是：所述一个扁平的玻璃元件2可以至少在理论上与所述另一个扁平的玻璃元件2’精确匹配地接合在一起。
组合中的每个玻璃板元件2(或2')具有边缘面25(或25')，在该边缘面中存在邻近排列的、构成边缘面25(或25')中的凹陷的丝状损伤26(或26')。根据本发明方法，丝状损伤可以由微穿孔激光处理产生。
包括两个扁平的玻璃元件的组合的一个扁平的玻璃元件的边缘面25(或25')中的丝状损伤26(或26')的纵向方向在从一边缘至另一边缘的方向上延伸，所述边缘构成在边缘面25(或25')和扁平的玻璃元件的侧面29(或29')和30(或30')之间的过渡。当用根据本发明的方法制造包括两个扁平的玻璃元件的组合中的一个玻璃元件2(或2')时，则丝状损伤26(或26')的纵向方向与激光脉冲的光传播方向一致。
如果要将一组合中的两个平面玻璃元件2和2'精确匹配地接合到一起，则玻璃元件2和2'在其边缘面25和25'处彼此接触或非常接近。边缘27和27’也将接触或者非常接近，此外，边缘28和28’接触或者非常接近。在两个玻璃元件2和2'接合在一起时，在扁平的玻璃元件2和2'的平面中的二维表面将像两个拼图部分一样相互匹配。
优选组合中的两个扁平的玻璃元件来自同一分离过程。也就是说，通过应用根据本发明的方法，将原始的扁平的玻璃元件分成主要部分和子部分，所述主要部分和子部分又一起构成根据本发明的扁平的玻璃元件的组合。如果组合中的两个玻璃板元件由同一过程产生，就保证了非常高的配合精度，所述配合精度还高于如下情况：由多个等同的分离过程产生相互等同的子部分的子部分系列和由多个等同的分离过程产生相互等同的主要部分的主要部分系列，扁平的玻璃元件的根据本发明的组合选择成由子部分系列的任意子部分和主要部分系列的任意主要部分组成扁平的玻璃元件的根据本发明的组合。
在本发明的一个改进方案中设置，具有两个扁平的玻璃元件的组合的每个扁平的玻璃元件2(或2')具有边缘面25(或25')，在所述边缘面中存在至少一个偏移部32(或32')，即，台阶(step)横向地，优选基本垂直于邻近排列的丝状损伤26(或26')的纵向方向延伸。图11示出这样的扁平的玻璃元件2的示意图。
至少一个偏移部32(或32')可以导致边缘面25(或25')的粗糙度R'，所述粗糙度相对于由丝状损伤26(或26')引起的粗糙度R被提高了。
至少一个偏移部是一个台阶，所述台阶是肉眼难以察觉的，从而仍然可以说是单个边缘面25(或25')。优选，至少一个偏移是至少为5微米且至多50微米的台阶。
图11a示出根据本发明的扁平的玻璃元件2，所述扁平的玻璃元件的特征在于，在边缘面25中存在邻近排列的丝状损伤26，所述丝状损伤形成边缘面25中的凹陷，其中，丝状损伤26的纵向方向在从边缘27至另一边缘28的方向上延伸,所述边缘和另一边缘限定在边缘面25和扁平的玻璃元件2的侧面30之间的过渡，和边缘面25具有沿整个边缘25延伸的偏移部32，所述偏移部基本垂直于丝状损伤26的纵向方向延伸。优选，偏移部以偏差20％在边缘面的中间延伸，即以20％的偏差在边缘27和28之间的中间。
图11b示出另一根据本发明的扁平的玻璃元件2，所述扁平的玻璃元件的特征在于，边缘面25具有两个沿整个边缘面25延伸的偏移部32，所述偏移部基本上垂直于丝状损伤26的纵向方向延伸。两个偏移部优选以20％的偏差以与玻璃元件2的表面30距离边缘面25的宽度23的三分之一或者三分之二的间距延伸。
附图标记
1 激光处理装置
10 超短脉冲激光器
11 聚焦装置
12 激光脉冲
13 激光脉冲在玻璃元件上的入射点
14 玻璃元件的表面法线
15 激光脉冲的光入射面
2 扁平的玻璃元件
2’ 扁平的玻璃元件
20,20’,20” 丝状损伤
21,21’,21” 分离线
22 玻璃元件表面
23 玻璃元件厚度
24 子部分和主要部分之间的间隙
25 具有邻近排列的丝状损伤的边缘面
25’ 具有邻近排列的丝状损伤的边缘面
26 边缘面上的丝状损伤
26’ 边缘面上的丝状损伤
27,28 扁平的玻璃元件的边缘，所述边缘限定在侧面以及使侧面连接的边缘面之间的过渡
27’,28’ 扁平的玻璃元件的边缘，所述边缘限定在侧面以及使侧面连接的边缘面之间的过渡
29,30 扁平的玻璃元件的侧面
29’,30’ 扁平的玻璃元件的侧面
32 边缘面中的偏移部
3 主要部分
31 相应于主要部分的二维区域中的点
4 待分离的子部分
41 子部分沿第一横向维度的最大延伸
42 子部分沿第二横向维度的最大延伸
43 相应于子部分的二维区域中的点
5 加热装置
50 加热区域
6 玻璃元件的第一横向维度
7 玻璃元件的第二横向维度

Claims (29)

1.一种用于沿着预定分离线(21)将子部分(4)从厚度为至少2毫米的扁平的玻璃元件(2)分离的方法，所述分离线将所述玻璃元件(2)分为待分离的子部分(4)和剩余的主要部分(3)，其中，
-亚微米中空通道的形式的丝状损伤(20)在所述玻璃元件(2)的体积中沿所述分离线(21)邻近排列地产生，和
-所述损伤(20)由超短脉冲激光器(10)的激光脉冲(12)产生，其中，所述玻璃元件(2)的材料对于所述激光脉冲(12)来说是透明的，和
-所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)的体积中产生引起丝状损伤(20)的等离子体，和
-所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)上的入射点(13)在所述玻璃元件的表面(22)上沿所述分离线(21)移动，和
-在引入沿所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)后，所述玻璃元件(2)在主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀和/或在该子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，使得该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离，其中，所述子部分(4)和所述主要部分(3)各自作为整体保持完整。
2.根据权利要求1的方法，其中，在引入沿所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤之后，激光辐射在所述玻璃元件(2)上的入射点在所述玻璃元件的表面(22)上沿着所述分离线(21)移动，以便沿着所述分离线(21)在所述玻璃中产生局部拉应力，以便在相邻的丝状损伤之间引起开裂的形成。
3.根据权利要求1的方法，其中，在引入沿所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤之后，二氧化碳激光器在所述玻璃元件(2)上的入射点在所述玻璃元件的表面(22)上沿着所述分离线(21)移动，以便沿着所述分离线(21)在所述玻璃中产生局部拉应力，以便在相邻的丝状损伤之间引起开裂的形成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)在所述主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀，和/或在所述子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，由此在所述主要部分的平均温度和该子部分的平均温度之间产生温差，所述温差为至少150摄氏度。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)在所述主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀，和/或在所述子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，由此在所述主要部分的平均温度和该子部分的平均温度之间产生温差，所述温差为至少200摄氏度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)在所述主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀，和/或在所述子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，由此在所述主要部分的平均温度和该子部分的平均温度之间产生温差，所述温差为至少300摄氏度。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)在所述主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀，和在该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离后，所述主要部分(3)通过利用已经进行的加热被热钢化。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的材料的热膨胀系数大于3×10-6K-1。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的材料的热膨胀系数大于4×10-6K-1。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的材料的热膨胀系数大于7×10-6K-1。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的厚度(23)为至少3毫米。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的厚度(23)为至少4毫米。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的厚度(23)为至少5毫米。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，从扁平的玻璃元件(2)分离的所述子部分(4)沿第一横向维度(6)具有至少5毫米的最小尺寸(41)，和所述子部分沿着与第一横向维度正交的第二横向维度(7)具有至少5毫米的最小尺寸(42)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，从扁平的玻璃元件(2)分离的所述子部分(4)沿第一横向维度(6)具有至少10毫米的最小尺寸(41)。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，从扁平的玻璃元件(2)分离的所述子部分(4)沿第一横向维度(6)具有至少20毫米的最小尺寸(41)。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述子部分沿着与第一横向维度正交的第二横向维度(7)具有至少10毫米的最小尺寸(42)。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述子部分沿着与第一横向维度正交的第二横向维度(7)具有至少20毫米的最小尺寸(42)。
19.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，该子部分(4)在扁平的玻璃元件(2)的平面中的最小尺寸L、所述主要部分的平均温度与该子部分的平均温度之间产生的以开尔文为单位的温差ΔT、所述玻璃元件(2)的材料的热膨胀系数α以及该子部分的边缘面的平均粗糙度R应满足不等式：L·ΔT·α>R，该子部分与所述主要部分在所述边缘面处分离。
20.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述扁平的玻璃元件(2)由所述分离线(21)如下地划分，使得所述主要部分(3)在所述扁平的玻璃元件(2)的平面中呈现如下的二维形状，所述二维形状在数学拓扑意义上不是星形的。
21.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述扁平的玻璃元件(2)由分离线(21)如下地划分，使得所述主要部分(3)在所述扁平的玻璃元件(2)的平面中完全地包围该子部分(4)。
22.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在所述玻璃元件(2)的体积中产生沿着与所述分离线(21)间隔开至少5微米和最多50微米的偏移线(21')邻近排列的丝状损伤(20')，其中所述丝状损伤(20’)到沿着所述分离线(21)产生的丝状损伤(20)的纵向上的投影具有与沿着所述分离线(21)产生的丝状损伤(20)的小于200微米的重叠。
23.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，将所述激光脉冲(12)倾斜地对准到所述玻璃元件(2)的表面(22)上，使得所述激光脉冲(12)的光传播方向以及进而也丝状损伤(20)的纵向方向相对于所述表面(22)倾斜地延伸，以及其中，所述分离线(21)相对于光入射面(15)倾斜地延伸。
24.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，将所述激光脉冲(12)倾斜地对准到所述玻璃元件(2)的表面(22)上，使得所述激光脉冲(12)的光传播方向以及进而也丝状损伤(20)的纵向方向相对于所述表面(22)倾斜地延伸，以及其中，所述分离线(21)相对于光入射面(15)垂直地延伸。
25.一种具有两个扁平的玻璃元件(2，2’)的组合，所述两个扁平的玻璃元件的厚度为至少2毫米，所述两个扁平的玻璃元件能够利用根据权利要求1至24中的任一项中的方法制造，其中，所述扁平的玻璃元件中的一个玻璃元件(2)在其平面中具有的二维形状与所述扁平的玻璃元件中的另一个玻璃元件(2’)在其平面中具有的二维形状互补，以及其中，所述一个扁平的玻璃元件(2)的、形成在侧面(29,30)和使这些侧面(29,30)连接的边缘面(25)之间的过渡的两个边缘(27，28)分别具有与所述另一个扁平的玻璃元件(2’)的、形成在侧面(29’,30’)和使这些侧面(29’,30’)连接的边缘面(25’)之间的过渡的两个边缘(27’,28’)相同的形状，以及其中，在两个扁平的玻璃元件(2，2’)的边缘面(25,25’)中分别具有邻近排列的丝状损伤(26,26’)，所述丝状损伤形成所述边缘面(25,25’)中的凹陷，其中，所述丝状损伤(26,26’)中的每一个的纵向方向在从一个边缘(27，27’)向另一边缘(28,28')的方向上延伸。
26.根据权利要求25所述的具有两个扁平的玻璃元件(2,2')的组合，其中，所述扁平的玻璃元件中的一个玻璃元件(2)在其平面中具有的二维形状完全包围所述扁平的玻璃元件中的另一个玻璃元件(2’)在其平面中具有的二维形状。
27.根据权利要求25-26中任一项所述的具有两个扁平的玻璃元件(2,2')的组合，其中，所述扁平的玻璃元件中的一个玻璃元件(2)已经被热钢化。
28.一种扁平的玻璃元件(2)，所述扁平的玻璃元件的厚度为至少2毫米，所述扁平的玻璃元件能够利用根据权利要求22-24中任一项所述的方法制造，其中，在所述扁平的玻璃元件(2)的边缘面(25)包含亚微米中空通道形式的邻近延伸的丝状损伤(26)，所述丝状损伤形成所述边缘面(25)中的凹陷，以及其中所述丝状损伤(26)的纵向方向从一个边缘(27)朝向另一个边缘(28)延伸，所述边缘形成在边缘面(25)和所述扁平的玻璃元件(2)的侧面(30)之间的过渡，以及其中所述边缘面(25)具有沿着整个边缘面(25)延伸的偏移部(32)，所述偏移部基本上垂直于所述丝状损伤(26)的纵向方向延伸。
29.一种用于沿着预定的分离线(21)将子部分(4)从厚度为至少2毫米的扁平的玻璃部件(2)去除的方法，其中，所述分离线将所述玻璃元件(2)划分为待去除的子部分(4)和剩余的主要部分(3)，其中，
-在所述玻璃元件(2)的体积中产生沿所述分离线(21)的亚微米中空通道的形式的邻近排列的丝状损伤(20)，和
-所述损伤(20)由超短脉冲激光器(10)的激光脉冲(12)产生，其中，所述玻璃元件(2)的材料对于所述激光脉冲(12)来说是透明的，和
-所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)的体积中产生引起丝状损伤(20)的等离子体，和
-所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)上的入射点(13)在所述玻璃元件的表面(22)上沿着所述分离线(21)移动，和
-在引入沿着所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)后，所述玻璃元件(2)被钢化，和
-在所述玻璃元件(2)被钢化后，在该子部分(4)的区域中触发开裂，开裂的扩展由沿着所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)限定，使得沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处能将该子部分(4)从所述主要部分(3)去除，其中，所述主要部分(3)作为整体保持完整。
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